機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計課程研究

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1引言

“機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”是機械專業(yè)課程的一門任選課。該門課在許多本科院校中進(jìn)行了開設(shè),同時該門課也是一門新興的課程。該門課程講述了創(chuàng)新設(shè)計的基本理論，以及如何把創(chuàng)新的理論應(yīng)用到機電產(chǎn)品的創(chuàng)新之中，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性素質(zhì)為目標(biāo)。該門課的課程體系共包括三個大部分:一、創(chuàng)新設(shè)計理論基礎(chǔ)。這部分的主要內(nèi)容是對創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造原理的介紹。如發(fā)散思維、直覺思維、逆向思維等創(chuàng)造性思維方式。二、創(chuàng)新設(shè)計技法。該部分講授了一些比較成熟的創(chuàng)新設(shè)計技法,如仿生創(chuàng)新法、反求設(shè)計創(chuàng)新法、類比創(chuàng)新法、功能設(shè)計創(chuàng)新法、移植技術(shù)創(chuàng)新法等,在機械設(shè)計及在工程中的實例應(yīng)用。三、機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實例。這部分內(nèi)容主要介紹運用創(chuàng)新思維方式所開發(fā)出來的新型機構(gòu)、結(jié)構(gòu)和機械以及企業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新的典型案例,闡述了創(chuàng)新的過程和思路,啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望。該門課程是關(guān)注創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程，假如使用常規(guī)的教學(xué)方法，可能不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文在該門課程中引入項目教學(xué)法，來進(jìn)行課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、考試考核方法等一系列的探索。要求學(xué)生以4人左右為一個小組，每組做出一個具有創(chuàng)新性的機電產(chǎn)品。

2項目教學(xué)法引入到課堂教學(xué)過程中的探索

把項目教學(xué)法引入到課堂教學(xué)中，是通過對若干個具體的機電產(chǎn)品創(chuàng)新案例的描述，引導(dǎo)學(xué)生對這些案例進(jìn)行討論，并在討論的過程中獲取理論知識與工作技能。教師要認(rèn)真地選擇和組織教學(xué)材料，要從大量的資料中選擇出合適的案例，并將案例編寫成適合于教學(xué)的結(jié)構(gòu)形式，以方便學(xué)生學(xué)習(xí)。在項目案例的課堂教學(xué)中，要利用各種產(chǎn)品的實物、模型輔助教學(xué),利用CAI課件、電視錄像片等現(xiàn)代化多元教學(xué)手段,進(jìn)行生動形象的教學(xué),增強感性認(rèn)識,激活課堂教學(xué),促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造力的滋生和激發(fā)。為了更好地融入到創(chuàng)新的環(huán)境中，為了讓同學(xué)們有更加直觀的印象，本課程項目教學(xué)法的課堂教學(xué)地點大部分位于機械創(chuàng)新實驗室，而不是教室。湖南人文科技學(xué)院機械創(chuàng)新實驗室有許多創(chuàng)新性的實物模型。每一個創(chuàng)新性實物，都是一個非常好的項目案例。例如，機械創(chuàng)新實驗室里面有打火機的外觀創(chuàng)新實例，有眾多不同外觀的打火機外形，有手槍形狀的，鑰匙形狀的，拐杖形狀的，火把形狀的，等等。面對實物，結(jié)合創(chuàng)新理論，同學(xué)們就可以更好地理解創(chuàng)新理論。面對這些奇奇怪怪的創(chuàng)新物體，創(chuàng)新的靈感也可能不知不覺地進(jìn)入到同學(xué)們的腦海中。

3項目教學(xué)法引入到實驗教學(xué)過程的探索

“機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”課程，僅僅進(jìn)行理論教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有通過機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實踐，才能加深學(xué)生對理論教學(xué)的理解，從而學(xué)會運用所學(xué)知識。但是由于各高校都存在著學(xué)生人數(shù)多、課時有限、機械創(chuàng)新設(shè)備臺套數(shù)少的問題。針對這些問題，本人在實驗教學(xué)方面進(jìn)行了如下探索。1）把項目教學(xué)法引入到實驗教學(xué)中，要求學(xué)生制作一個具有創(chuàng)新性的機電項目,很自然地打破了原有課程實驗相對獨立的封閉的學(xué)科界限。以機械創(chuàng)新為主線,將“理論力學(xué)”“機械原理”“機械設(shè)計”及“機械創(chuàng)新設(shè)計”等課程中的有關(guān)內(nèi)容整合在一起，加強了以上各個學(xué)科的理解。同時，機電項目也需要進(jìn)行電路設(shè)計與程序編寫，也加強了學(xué)生對“電工技術(shù)”“電子技術(shù)”“單片機原理”等電子類課程的理解。2）對高校普遍存在的機械創(chuàng)新設(shè)備臺套數(shù)少的現(xiàn)狀,應(yīng)用虛擬儀器技術(shù),在機房電腦上安裝機械設(shè)計、電子設(shè)計相關(guān)軟件，建立機電創(chuàng)新虛擬實驗室。使學(xué)生能在計算機上對所設(shè)計的機構(gòu)進(jìn)行運動仿真，對所設(shè)計的電路與程序進(jìn)行仿真。一方面解決了由于硬件設(shè)備少而帶來的影響,另一方面,考慮到學(xué)生的盲目動作帶來的時間浪費,以及誤操作造成的設(shè)備損壞。使用AutoCAD、UG等軟件可以完成基本的機械設(shè)計?？梢砸?guī)劃總體布局，標(biāo)定零件尺寸等等。使用機構(gòu)運動仿真還可以了解各部件運動的速度，各部件的運動之間是否存在相互干涉，以及機構(gòu)運動的軌跡曲線等。在電子設(shè)計方面，可以在電腦上設(shè)計電路圖，規(guī)劃PCB板，還可以使用Proteus軟件對所設(shè)計電路進(jìn)行仿真，校驗設(shè)計是否合理。同樣可以在電腦中編寫程序，調(diào)試程序。總之，根據(jù)各個項目的需要，在機電創(chuàng)新虛擬實驗室可以完成相應(yīng)的機械設(shè)計與電子設(shè)計。3）實物制作主要在機械創(chuàng)新實驗室與實習(xí)工廠進(jìn)行。由于資金的限制，只要求學(xué)生做出簡單實物。鼓勵利用木頭、塑料等材料來制作實物。對于簡單的加工制作，可以在機械創(chuàng)新實驗室進(jìn)行，對于復(fù)雜的制作，在實習(xí)工廠進(jìn)行制作。目前在我國大部分二本院校中，理論課程偏多，而動手實踐偏少。而根據(jù)以往的觀察，部分學(xué)生對課堂的理論學(xué)習(xí)興趣不大，但是對實踐動手卻很感興趣。在本人該門課程的實驗教學(xué)中，曾經(jīng)遇到一些學(xué)生，學(xué)業(yè)成績很一般，但是在實驗室制作實物時，下課了依然沉浸于實物制作中，久久不愿離去。

4項目教學(xué)法應(yīng)用到本課程考核中的探索

對于“機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”這門課程，國內(nèi)外的學(xué)者紛紛在課堂教學(xué)、實驗教學(xué)上面做了很多探索。然而，也不能不說是遺憾，對該門課程進(jìn)行考試改革的卻幾乎沒有看到相關(guān)論文。對于這樣一門關(guān)注創(chuàng)新的課程，假如使用傳統(tǒng)書面考試的形式，更多的只能考查學(xué)生的記憶能力，而不能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，不利于提高學(xué)生的動手能力，背離了該門課程的核心思想。因此，本人對該門課程的考試方案進(jìn)行了一些探索?？荚囀钦n程學(xué)習(xí)的指揮棒?？荚嚥贿M(jìn)行改革，課堂講授方法的探索也罷，實驗教學(xué)的探索也罷，終究難以獲得理想的效果。唯有改變考核方式，才能讓這門課程回歸到其培養(yǎng)創(chuàng)造性的初衷。把項目教學(xué)法引入到“機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”課程中，要求學(xué)生做出一個具備創(chuàng)新性的機電產(chǎn)品來進(jìn)行該門考試的考核。讓學(xué)生想出一個具有創(chuàng)新性的機電產(chǎn)品設(shè)計方案，并做出實物，這樣既能夠讓學(xué)生對本課程的知識得以靈活應(yīng)用，也能夠充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性?？己说脑u分方案設(shè)計如下：對于學(xué)生的每一個創(chuàng)新性機電產(chǎn)品項目，根據(jù)機械仿真設(shè)計、電子仿真設(shè)計、實物制作、創(chuàng)新性四個方面分別進(jìn)行計分。例如，總分100分，其中機械仿真設(shè)計25分，電子仿真設(shè)計25分，實物制作25分，創(chuàng)新性占25分。對于沒有順利完成的，要求其重新進(jìn)行設(shè)計制作，不再進(jìn)行傳統(tǒng)的書面考試。

5項目教學(xué)法實施效果

2013年上半年，本人對湖南人文科技學(xué)院2010級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的本科生進(jìn)行“機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”課程授課，就已經(jīng)初步實施項目教學(xué)法。2014年、2015年、2016年又持續(xù)進(jìn)行了項目教學(xué)法在“機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”課程中實踐的探索。接連幾年的探索與研究，已經(jīng)獲得下列成果：1）擺脫了傳統(tǒng)書面考試形式，極大地發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造性。每個學(xué)生或個人，或成組上交了設(shè)計文檔，并制作了簡易實物。之中充分體現(xiàn)了學(xué)生的創(chuàng)造性。2）部分學(xué)生積極性異常高漲。自從課程改革的消息傳達(dá)給學(xué)生后，有的學(xué)生甚至花費了兩三個月去努力尋求新的想法與創(chuàng)新點。曾經(jīng)有一個學(xué)生想出了一個自動導(dǎo)盲犬的點子，他說，他為了一個這樣的想法，思索了很長時間，并且不斷對這個想法進(jìn)行完善。還有個學(xué)生告訴我，她想了很多個方案，但是總是覺得創(chuàng)新性不夠。她是班上的學(xué)習(xí)委員，經(jīng)常擦黑板，有一天坐公交車，突然從公交車的關(guān)門機構(gòu)里面想到了自動黑板擦的點子。3）學(xué)生的動手能力得到了提升。部分同學(xué)花費了很多時間進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與繪圖。例如有個學(xué)生使用UG軟件畫出了一個三維動作的機器臂，這些都促使其對仿真軟件有了更一步的熟悉。在軟件繪圖與實物制作過程中，學(xué)生的動手能力獲得提升。

6結(jié)論

把項目教學(xué)法引入到“機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”課程中，擺脫了傳統(tǒng)書面考試形式，極大地發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造性。部分學(xué)生積極性異常高漲。在仿真設(shè)計中，在真實實物的制作過程中，學(xué)生的動手能力獲得較大提升。創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂,是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。一個沒有創(chuàng)新能力的民族難以屹立于世界民族之林。培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的大學(xué)生是大學(xué)的職責(zé)?！皺C電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”課程正是一個培養(yǎng)創(chuàng)新能力的課程，“機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計”課程的教學(xué)方法和考核方法也需要不斷的探索、創(chuàng)新與改進(jìn)，引入項目教學(xué)法也僅僅是探索該門課程改革的一小步。我們還需要建立課外的創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新激情，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，為將來更好地適應(yīng)工作崗位打下良好的工程基礎(chǔ)。

作者:張 斌 李碧波 陳 衛(wèi) 單位:1.湖南人文科技學(xué)院能源與機電工程學(xué)院 2.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院

參考文獻(xiàn)

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